Planetengeburt durch Turbulenzen im Urnebel

Bei der Entstehung von Planeten in der rotierenden Gas- und Staubscheibe um einen jungen Stern spielen Turbulenzen eine entscheidende Rolle. Das zeigen Computersimulationen eines Forscherteams aus Deutschland, den USA und Kanada. Damit gelang es den Wissenschaftlern erstmals zu zeigen, wie sich aus metergroßen Gesteinsbrocken kilometergroße Planetenembryos bilden.

Heidelberg - Beobachtungen entstehender Planetensysteme müssten nun zeigen, ob sich die Natur tatsächlich an das "Drehbuch" der Computersimulationen hält, schreiben die Astronomen im Fachblatt "Nature".

"Wir helfen damit der Theorie der Planetenentstehung aus der wissenschaftlichen Sackgasse", sagt Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, der die Gruppe leitet. Denn in dieser Theorie verklumpt der Staub in der rotierenden Scheibe um einen jungen Stern zwar zu metergroßen Brocken. Doch dann sind die Brocken zu groß, um aneinander zu haften. Sie zerstören sich bei Kollisionen selbst. Zerstückelt, abgelenkt und durch das Gas in der Scheibe abgebremst, trudeln sie spiralförmig Richtung Stern. Innerhalb weniger Jahrhunderte stürzen sie schließlich in ihren Stern -- sie verschwinden von der Bildfläche, ohne dass Planeten entstehen.

"Erst wenn sehr große Brocken -- Planetesimale --, die viele Kilometer durchmessen, zusammenwachsen, funktioniert die alte Theorie wieder", so Henning. Wie die Zeitspanne zwischen den kleinen Brocken und ganzen Planetenkernen abläuft, war den Forschern bisher ein Rätsel. Henning und seinen Kollegen gelang nun erstmals eine dreidimensionale Simulation dieser Übergangsphase unter Berücksichtigung aller in der protoplanetarischen Scheibe zwischen Gas, Staub und Magnetfeldern auftretenden Wechselwirkungen.

Dabei zeigte sich, dass durch Magnetfelder in der Gas- und Staubscheibe Turbulenzen entstehen. Durch diese Verwirbelungen erhöht sich der Gasdruck in der Scheibe -- dadurch wiederum verlangsamt sich die Bewegung in Richtung auf den Stern und die Gesteinsbrocken vergrößern sich. Haben die Brocken erst einmal eine bestimmte Größe erreicht, so wird die Schwerkraft zum dominierenden Einfluss: Das Gas kann die Brocken nicht länger abbremsen. Die Gefahr, dass die Gesteinsbrocken in den Stern stürzen, ist also gebannt, die Planetenentstehung kann voranschreiten. "Dieser Wachstumsprozess arbeitet erstaunlich effektiv", sagt Hubert Klahr, vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie, "er ist bereits nach etwa hundert Jahren abgeschlossen."